Einleitende Zusammenfassung

In den letzten Wochen haben Medien wiederholt über die Wiederinbetriebnahme des Kernkraftwerks Leibstadt (KKL) berichtet. Diese Berichterstattung – etwa der Beitrag der Rundschau Anfangs Februar 2017[1] – löste grosse Betroffenheit aus, bei Wissenschaftlern und Experten, Politikern, Umweltverbänden wie auch bei der Öffentlichkeit. Die Berichterstattung setzte sich in den Tagen danach fort. Am Donnerstag 16. Februar 2017 gab das ENSI schliesslich bekannt, dass es die Freigabe für das Wiederanfahren des KKW erteilt habe. Am 17. Februar folgte das Kernkraftwerk Leibstadt mit einer dürftigen Medienmitteilung von gerade nur 598 Zeichen (exklusiv Leerzeichen). Unsere Beiträge der letzten Wochen haben sich intensiv mit Fragen der nuklearen Aufsicht, und damit zusammenhängend auch mit den aktuellen Ereignissen mit dem KKW Leibstadt (KKL) beschäftigt. In Anbetracht der nicht geklärten Schadensursachen beim KKL – den sogenannten Dryout-Phänomenen – haben wir die Aufsicht erneut unter die Lupe genommen. Die Thematik ist komplex. Der heutige Beitrag darum auch ungewöhnlich lang. Wir verdichten darum wichtige Erkenntnisse und Fragen des Beitrags in einer einleitenden Zusammenfassung.

Im Abschnitt 1 werden Definitionen und Verständnisfragen zum Phänomen „Dryout“ erklärt. Dryout tritt auf, wenn die Kühlflüssigkeit im Reaktor die Brennelemente nicht mehr flächendeckend bedeckt.

Abschnitt 2 fasst wichtige Vorkommnisse im Kernkraftwerk Leibstadt zusammen, mit Schwerpunkt auf Dryout-Phänomenen. Die Brennelementschäden der 1990er Jahre in den Berichten des ENSI (oder deren Vorgängerin) werden erwähnt, die Hüllrohrprobleme, die Korrosionsprobleme wie auch die Abgabe von radioaktiven Stoffen an den Kühlmittelkreislauf. Interessant ist, dass – entgegen der Berichterstattung über andere Atomkraftwerke – Dryout-Probleme im KKL erstmals im Dezember 2016 mit Namen erwähnt werden. Hinzu kommen Informationen zur Leistungserhöhung des Kernkraftwerks Leibstadt und die Frage: hängen diese Dryout-Probleme möglicherweise zusammen? Und vor allem: wurden die „Dryout“-Probleme frühzeitig erkannt, oder bewusst verschwiegen?

Abschnitt 3 geht in die Tiefe und fasst essentielle Aussagen von Berichten der Aufsichtsbehörde zusammen. Es geht der oben aufgeworfenen Frage im Detail nach und prüft alle möglichen Dokumente auf Hinweise oder Beschreibungen des Dryout-Phänomens. Das Ergebnis der Spurensuche ist äusserst mager. In Zusammenhang mit dem KKL taucht der Begriff „Dryout“ erst im Dezember 2016 in einsehbaren, der Öffentlichkeit zugänglichen Dokumenten auf – also gerade seit rund 2 Monaten. Was verbirgt sich dahinter, wurden doch „Dryout“-Phänomene auch in Dokumenten des ENSI zu anderen Schweizer Kernkraftwerken erwähnt?

Im vierten Abschnitt wird der Umgang des ENSI und des KKL in Sachen öffentlicher Information behandelt. Die Information der Öffentlichkeit ist karg und dürftig. Warum? Müsste den Aufsichtsbehörden nicht gerade bei einem solchen Phänomen daran gelegen sein, ganz anders und vor allem ergiebig und detailliert zu informieren? Welches sind die Gründe für diese Zurückhaltung? Liegen sie beim ENSI, oder beim Betreiber des KKL, der sich noch stärker zurückhält? Warum ist die „Transparenz“ gerade in diesem Fall so ausserordentlich dünn?

In Abschnitt 5 wird Bilanz gezogen und darauf verwiesen, dass sowohl ENSI wie das KKL Rechenschaft über die mysteriöse Behandlung der Dryout-Phänomene ablegen werden müssen. Hat man bewusst diese Phänomene verniedlicht? Zum Abschluss ist eine Liste von offenen Fragen an die Adresse des ENSI (und des KKL) zusammengestellt.

Jede Handlung hinterlässt Spuren. Auch das Verbergen hinterlässt äusserst vielsagende Spuren. Angesichts der Risiken der Nukleartechnik ist es für eine Gesellschaft vital, sich auf die Spurensuche einzulassen und die offenen Fragen zu klären. In diesem Sinne soll dieser Beitrag verstanden werden.

Für weitere Fragen: Prof. Dr. Walter Wildi, 079 310 00 39

Beitrag

1. Zum Verständnis

• „Dryout“ (deutsch„Trockengehen der Wand beim Filmsieden “) ist ein Zustand im Reaktorkern, bei dem die Brennelemente stellen- oder teilweise nicht mehr durch eine flüssige Phase gekühlt werden. „Dryout“wird in der Literatur und auf elektronischen Plattformen zu Fragen der Kernenergie als gefährlicher Zustand eines Reaktors beschrieben[2]. Ein Reaktor, bei dem „Dryout“-Phänomene nachgewiesen werden, ist havariert. „Dryout“ kann bei raschem Ablauf degenerieren und bei ungünstigem Verlauf zu massivem Austritt von radioaktiven Substanzen ins Kühlwasser, beziehungsweise zu einem Schaden in der Geometrie der Brennstäbe und Brennelemente führen. „Dryout“ ist ein unkontrollierter Betriebszustand. Bei gestörter Geometrie ist die Möglichkeit den Reaktor abzuschalten gefährdet. Dann wird „Dryout“ zum Albtraum.

• Die „Dryout“-Ereignisse im KKL in den Jahren 2012/2013 bis 2016[3] sind – soweit bekannt – die schwersten Fälle dieser Art, die bis heute in der Geschichte der zivilen kommerziellen Nutzung der Kernenergie an Siedewasserreaktoren auftraten. Andere in der Literatur beschriebene Phänomene[4] haben dieses Ausmass nicht erreicht.

• Nach Ansicht von Reaktorspezialisten (incl. Betriebsleiter von Kernkraftwerk) darf ein Reaktor mit „Dryout“-Anzeichen nicht wieder hochgefahren werden, bevor die Ursache für das Auftreten (also nicht nur die Umstände)[5] dieses Prozesses bekannt und die Probleme nicht behoben sind!

• Der Weiterbetrieb des Reaktors bei verminderter Leistung kann eventuell helfen, „Dryout“ –Zustände zu vermindern, aber Sicherheit besteht nicht, solange die Ursachen für diesen Zustand nicht bekannt sind.

• Im Kernkraftwerk Leibstadt soll gemäss Ensi „Dryout“ seit 2011/12 aufgetreten sein. Das Ensi erwähnt dies aber erstmals in der Mitteilung vom 19. Dezember 2016.

2. KKL: Etwas Vorkommnis – Geschichte

Das Kernkraftwerk Leibstadt (KKL) ging im Jahr 1984, nach zwanzigjähriger Planung und Bauzeit ans Netz[6]. Die Investitionskosten, die ursprünglich auf 2 Milliarden Franken veranschlagt waren, betrugen schliesslich in der Endrechnung 4.8 Milliarden Franken. Diese Kostenüberschreitung erwies sich als langfristiges Handicap, verteuerte es doch die Gestehungskosten für den produzierten Strom um das knapp Zweieinhalbfache. Der Stillstand des KKL kommt die Betreiber auch aus diesem Grund teuer zu stehen. Der ökonomische Druck auf die Betriebsgesellschaft ist unter solchen Rahmenbedingungen enorm.

Die bewegte Geschichte des Kernkraftwerks liest sich als eine lange Liste von Ereignissen und Störfällen[7]. Wir möchten an dieser Stelle einzig an einige besondere Ereignisse erinnern:

• Brennelementschäden traten bereits in den 1990-er Jahren regelmässig auf [8]. 1995 ist etwa folgender Eintrag zu finden: „Anlässlich der Präsentation des HVP” (Hochabbrand-Verifikationsprogramm) „erwähnte Westinghouse Atom Ende 1995, dass in einer ausländischen SWR-Anlage” (Siedewasseranlage) „bei einzelnen Hüllrohren die Oxidschicht im Bereich der Abstandhalter abgeblättert war, was auf eine erhöhte Korrosion in diesem Bereich hinwies.”[9] Sie wurden also zuerst mit Materialproblemen an den Hüllrohren der Brennelemente und den Abstandhaltern in Verbindung gebracht. [10]
• Die Hauptabteilung für die Sicherheit von Kernanlagen (die 2009 durch das ENSI abgelöst wurde) stellte etwa fest, dass die Revisionen 1997 an 2 Brennstäben mit 5 Einsatzzyklen „eine unerwartet starke Hüllrohrkorrosion im Bereich der Abstandhalter“ nachgewiesen hätten „die als erhöhte lokale Korrosion (ELK)“ bezeichnet wurde. [11]
• „Aufgrund des neuartigen Brennstoffproblems, dessen Ursachen und Beeinflussungsgrössen im Sommer 1997 nicht bekannt waren, war die Auflage Nr. 7 aus dem HSK-Gutachten zur KKL- Leistungserhöhung … nicht erfüllt. Selbst bei einer bundesrätlichen Bewilligung der Leistungserhöhung hätte die HSK für den 14. Betriebszyklus (1997/98) mit 106 % Leistung keine Freigabe erteilen können.“ [12]
• Die Korrosion an Brennelementen wurde als sogenannte „Schattenkorrosion“ erklärt, „da sich die Struktur der Komponenten als ‚Schatten’ auf der Zirkaloyoberfläche abbildet.“ [13] Vergeblich sucht man nach dem Begriff „Dryout“. Die HSK stellte damals fest: „Die Ursachen dieser Erscheinung sind noch nicht endgültig aufgeklärt.“ [14]
• Zerstörende metallurgische Kontrollen an 4 Brennstäben in der „heissen Zelle“ (Hot Labor) ergaben folgenden Befund: „Die zerstörenden Untersuchungen dieser Brennstäbe bestätigten, dass es infolge ELK“ (erhöhter lokaler Korrosion) „zu erheblichen Schwächungen der Hüllrohrwanddicke kommen und die dem Auslegungsgrenzwert für die Oxiddicke (100 Fm) entsprechende Hüllrohr-Restwanddicke von 90 % wesentlich unterschritten werden kann /PSIl/. So wurden an den beiden 5-jährigen, 1996 entladenen Brennstäben metallografisch minimale Restwanddicken von nur 36 % resp. 51 % der Fertigungswanddicke ermittelt IPSIl, §7.2/. Bei den Hüllrohrproben der 3- und 4-jährigen Stäbe betrug die metallografisch ermittelte minimale Restwanddicke 93 % resp. 72 % /PSI1 , 97.21. Des Weiteren zeigten die Hotlabor- Untersuchungen, dass die verbliebene Hüllrohrwand erheblich hydriert war und der Auslegungsgrenzwert für die Wasserstoffkonzentration (500 ppm) wesentlich überschritten wurde. So wurden für den 4-jährigen sowie einen 5-jährigen Brennstab im Abstandhalterbereich lokale Wasserstoffkonzentrationen im Hüllrohr von knapp 1000 ppm gemessen. Für den anderen 5-jährigen Stab lagen die lokalen Wasserstoffkonzentrationen infolge von Abplatzungen der Oxidschicht sogar wesentlich über 1000 ppm.“ [15]
• Ab dem Jahr 2000 verschob sich die Erklärung für die Korrosionsphänomene stärker in Richtung von „Fretting“ (Reibungsschäden), hervorgerufen durch Fremdkörper (Metallstücke, Schrauben, etc.)  welche sich in den Abstandhaltern verklemmten[16]. Eine Klärung blieb weiterhin aus.

Neben Brennelement-Schäden machten auch weitere Ereignisse im KKL Schlagzeilen, etwa:

• Im Jahresbericht 2001 berichtete die HSK von gefälschten Prüfprotokollen aus dem KKL. Das Ereignis wurde auf der internationalen INES-Skala als INES-1 Ereignis klassiert.
• Am Ostermontag 2005 musste der Reaktor wegen eines schweren Generatorschadens abgeschaltet werden. Er blieb mehrere Monate ausser Betrieb.[17]
• „Bohr-Deppen“[18] durchbohrten einige Jahre später das Primärcontainment des Reaktors, um Feuerlöscher zu fixieren[19]. Der Fehler blieb jahrelang unentdeckt.

Das KKL erhöhte nach BFE die Nettoleistung des Werkes in 8 Teil-Schritten von 950 auf 1’220 MW (siehe Figur 1)[20]. Der Prozess lief nicht schmerzlos ab. In diesen Jahren hatte das KKL immer wieder Brennelementschäden zu melden. Das äusserte sich in einer Erhöhung der Radioaktivität im Primärkreislauf, da radioaktive Stoffe aus defekten Brennstoffrohren ins Kühlwasser austraten.[21]

Die damalige Sicherheitsbehörde (Hauptabteilung für die Sicherheit von Kernanlagen, HSK) und die Kommission für die Sicherheit der Kernanlagen (KSA) forderten vom Kraftwerk, vor jeder der Stufen zur Leistungserhöhung des Reaktors, einen Defekt-freien Betrieb von einem Jahr Dauer. Schlussendlich herrschte aber innerhalb der Behörden keine Einhelligkeit zu dieser Forderung, und ebensowenig zur Frage, ob diese in einem gegebenen Jahr erfüllt war. Die Diskussionen waren heiss, verbittert und selbst persönlicher Art.

In der Folge baute das Kernkraftwerk Siebe an der Basis der Brennelemente ein, um die Metallteile auszusieben, bzw. am Durchfluss durch den Reaktorkern zu hindern. Diese Siebe könnten auch das Strömungsverhalten des Kühlwassers verändert haben.

Dieses Erinnerungsbild und namentlich das Stimmungsbild aus dem Kreis der Sicherheitsbehörden zeigen klar die Bedeutung der Brennstoffschäden in der Beurteilung der Sicherheit des KKL. So kamen etliche Experten schon damals nicht umhin sich zu fragen, wie man einem Kernkraftwerk  welches nicht einwandfrei funktionierte, überhaupt eine Leistungserhöhung bewilligen konnte. Zudem wurde immer wieder klar, dass eine belastbare Erklärung für die Korrosionsphänomene fehlte: Weder „Schattenkorrosion“ d.h. „erhöhte lokale Korrosion“ noch „Fretting“ waren als Erklärungen geeignet, die Ursachen der Probleme zu deuten. Der Begriff „Dryout“ tauchte, wie wir noch sehen werden, erst 2016 auf und wurde rückwirkend bis ins Jahr 2012/2013 zurückverfolgt. Die Ursachen für diese Korrosions- und Oxydations-Phänomene wurden aber bis zum heutigen Tag nicht geklärt. Vor allem ist dabei zu fragen, ob sich im Lichte der heutigen Erkenntnisse die „Dryout“-Probleme nicht sehr viel früher schon einstellten, als durch die Aufsichtsbehörden angegeben. Oder ob die „Dryout“-Probleme – frühzeitig erkannt – bewusst verschwiegen wurden.

3. Brennstoffschäden und „Dryout“-Probleme im KKL

 Das ENSI berichtete in seinen Aufsichtsberichten ab dem Jahr 2009 wieder regelmässig über mögliche Brennstoffschäden im KKL. Ab dem Betriebszyklus 2012/2013 verschärfen sich die Probleme. Nach sieben Jahren ohne Brennelementschäden treten solche im 28. Betriebszyklus im Jahr 2012 wieder auf. [22] Als Folge steigen die Edelgasaktivitäten am 6. Juni und am 21. Dezember 2012 an. [23] Tabelle 4 im Aufsichtsbericht 2015 meldet darum diese Ereignisse als Vorkommnisse (Tabelle 1).

„Filmsieden“, der Prozess welcher zu „Dryout“ führt, wurde im Verlauf der Jahre durch HSK und sodann ENSI in 13 Dokumenten in vier der fünf Schweizer Reaktoren diskutiert, nicht aber im Kernkraftwerk Leibstadt.[24] Erst im Jahresbericht für das Jahr 2015 scheint das ENSI aber die Problematik der Oxydation der Brennstabhüllen im KKL erstmals zu erkennen, beziehungsweise zu benennen:

„Während der Jahreshauptrevision wurde das Brennelement inspiziert, das sich im 31. Zyklus auf der gleichen Position befand wie das Brennelement, das im 30. Zyklus beschädigt und nicht wieder eingesetzt worden war (siehe Aufsichtsbericht 2014, Kap. 4.2 und 4.3.3). Dabei wurden an zwei Stellen im oberen Bereich eines Hüllrohrs durch Zirkonoxid verursachte Verfärbungen gefunden und nach weiteren Abklärungen am 17. August 2015 als meldepflichtiges Vorkommnis erkannt. Im Unterschied zum 30. Zyklus kam es im 31. Zyklus nicht zu einer Verletzung der Hüllrohrintegrität und damit auch zu keiner Freisetzung radioaktiver Stoffe ins Reaktorkühlmittel.“[25]

Der Aufsichtsbericht 2015 geht nun den möglichen Ursachen des Vorkommnis nach:

„Es ist davon auszugehen, dass die vermehrte Produktion von Zirkonoxid durch eine strömungsbedingt lokal eingeschränkte Wärmeübertragung von der Hüllrohroberfäche an das Kühlmittel im Leistungsbetrieb hervorgerufen wurde. Eine verschlechterte Wärmeübertragung führt bei gegebener Kühlmitteltemperatur zu einer erhöhten Hüllrohrtemperatur und damit beschleunigter Oxidation. Die Ursachenabklärung war Ende 2015 noch im Gang. Angesichts der noch nicht abgeschlossenen Ursachenabklärung hat das ENSI die Freigabe für das Wiederanfahren zum 32. Zyklus mit der Auflage eines MCPR-Werts von über 1,45 verbunden. Diese verschärfte Sicherheitsgrenze bedeutet einen erhöhten Abstand zu kritischen Siedezuständen und damit eine Reduktion der Gefahr weiterer übermässiger Hüllrohroxidation oder Hüllrohrschäden. Im Rahmen der systematischen Sicherheitsbewertung wurde die lokal verstärkte Oxidation eines Hüllrohrs vom ENSI der Kategorie A (Abweichung) der ENSI-Sicherheitsbewertungsskala zugeordnet, als Aspekt des Zustands und Verhaltens der Anlage mit Bedeutung für die Sicherheitsebene 1 und das Schutzziel «Kühlung der Brennelemente».

Der Ausdruck „Dryout“ tritt im ENSI-Aufsichtsbericht 2015 nicht auf. Auch in anderen publizierten Dokumenten des ENSI vor Dezember 2016 nicht. Irritierend ist deshalb die Aussage des Leiters des Fachbereichs Sicherheitsanalysen des ENSI zur Freigabe vom 16. Februar 2017: „Das Phänomen Dryout ist seit dem Zyklus 28 (2011/12) aufgetreten“.[26] Warum wurden diese denn nicht in den Aufsichtsberichten 2012 bis 2015 als Dryout-Phänomene ausgewiesen? Weder im Aufsichtsbericht 2012[27] noch in jenem des Jahrs 2013 finden sich Hinweise auf den Begriff „Dryout.“ Im Aufsichtsbericht 2012 des ENSI steht aber z.B.:„Die Ertüchtigung der Anlage während der vergangenen Jahre führte zu einer Wirkungsgradverbesserung und ermöglichte damit eine Erhöhung der elektrischen Leistung …. von bisher 1190 MW auf neu 1220MW …“. [28] Auch wurden am 6. Juni 2012 erhöhte Werte des Edelgases Xenon 133 und Xenon 135 nachgewiesen und festgestellt, dass dieses Verhältnis „eindeutig auf einen Brennelementschaden“ hinweist.“ [29] Am 21. Dezember 2012 wiederholte sich ein Anstieg der Edelgase und wiederum deutete dies auf einen „eindeutigen Brennelementschaden“ hin.[30] Von „Dryout“ ist nirgends die Rede.

Hat das ENSI also die Ursache für die Brennelement- und Hüllrohrschäden erst 2016 erkannt? Oder hat das ENSI  als zweite Hypothese  die Dryout-Probleme gekannt, aber nicht benannt? Die Auswertung der bisherigen Aufsichtsberichte legen einen dieser Schlüsse nahe. Denn auch der Aufsichtsbericht 2015 anerkennt die hohe Bedeutung der Oxydationsschäden, ohne sie als „Dryout“-Phänomen zu bezeichnen. Zwar schlägt der Bericht korrigierende Massnahmen vor, doch erteilte das ENSI im Jahr 2015 schlussendlich die Bewilligung zum Hochfahren des Reaktors, ohne wirklich zu wissen oder zu benennen, was in diesem Reaktorkern ablief. So sollte denn die Pressemitteilung des ENSI vom 19. Dezember 2016 [31] den Prozess des „Dryout“ erstmals für das KKL einführen. Konkret also dürfte dies nichts anderes heissen, als dass das ENSI die Probleme für die seit vielen Jahren auftretenden Brennelementschäden nicht richtig verstand. Die Aufsichtsbehörde ging den Ursachen nicht konsequent auf den Grund und bewilligte das Wiederanfahren des KKL, ohne zu verstehen, was sich wirklich abspielte. Oder wollte es davon nichts verstehen und wurde zum Schweigen gedrängt?

4. „Dryout“, „so what“, oder: „was soll’s?“

„Dryout“ ist gefährlich. Ein Reaktor unter „Dryout“-Bedingungen befindet sich in einem nicht kontrollierten Zustand. „Dryout“ beschädigt den Reaktorkern, auch wenn es nicht zu einer Kernschmelze kommt. Aber was wissen wir darüber? Die Oxydation der Brennstabhüllen kann zu deren Öffnung und zur Freisetzung von Radioaktivität führen, auch von grösseren Mengen. Das ENSI setzt in einem solchen Fall auf ein kontrolliertes Abschalten des Reaktors, was allerdings nur bei weitgehend unbeschädigten Brennelementen,  bei intakter Kerngeometrie  möglich ist.

„Dryout“ schadet dem Ruf des betroffenen KKW’s und der Sicherheitsbehörden: Wie können diese die Kontrolle über einen laufenden Reaktor in einer derart leichtfertigen Weise verlieren? Und vor allem: wie erklären KKL und Aufsichtsbehörden das Faktum, dass sie das auftretende Problem erst nach mehreren Jahren in einer umfassenderen Art interpretierten? Und so staunen wir über die Leichtfertigkeit, mit welcher die schweizerische Sicherheitsbehörde über den KKL-Dryout hinweg geht. Die Information ist karg (ein einziger Artikel auf der Webseite vom 19. Dezember 2016 und der Freigabebeschluss vom 16.2.2017), die vielgelobte Transparenz fehlt praktisch vollständig. Wenn Information derart tropfenweise fliesst, hat dies Ursachen. Man will offenbar keine Hasen aufscheuchen. Dazu passt, dass die externe Expertise (TÜV Süd, Paul-Scherrer-Institut (PSI) und ein schwedischer Consultant) eng gehalten wurde. Unabhängige externe Expertise, die beigezogen werden müsste – die Eidgenössische Kommission für nukleare Sicherheit (KNS) als „Zweitmeinung“ und die Internationale Expertengruppe des ENSI – sind bisher nicht einbezogen worden. Warum? Und warum äussert sich das PSI nicht, das ja die Dryout-Phänomene in seinem Hot Labor metallurgisch nachweisen kann?

Sicher hätten unabhängige Experten ihr Wort nicht nur zur Frage der Brennstäbe, sondern auch zur Führung des Kernkraftwerks und den Inspektionen des ENSI zu sagen. In den Tagen nach dem Bericht der Rundschau des Schweizer Fernsehens (SRF) vom 10.2.2016 schweigt das ENSI. Die Presse berichtet einzig aus dem KKL, dass das ENSI die Beladung des Reaktors mit Brennstoff freigegeben hätte. Vom ENSI-Rat ist ebenfalls nichts zu hören. Und die Mitteilungen des ENSI wie auch des KKL vom 16. und 17. Februar sind äusserst dürftig. Auch das KKL berichtet nur, dass die Anlage „zur Abklärung lokaler Dryouts während rund sechs Monaten still stand“. [32] Auch beim KKL ist plötzlich von Dryouts die Rede.

Dies ist der Umgang der Sicherheitsbehörde mit Befunden, seinen Experten und der Bevölkerung. Irgend etwas stimmt nicht. Deshalb hat ein solches Verhalten auch vielfältige Reaktionen ausgelöst, von Experten und Wissenschaftlern, von Politikern der Nachbarländer, Umweltverbänden wie der Presse.

5. Schlussbetrachtungen und offene Fragen

Betrachtet man die Situation in einem umfassenderen Kontext fällt zweierlei auf:

Zum einen gibt es eine Vielzahl offener Fragen zu den beobachteten „Dryout“-Phänomene des KKL, die im Interesse der Sicherheit aller involvierten Parteien geklärt werden sollten und müssten. Es dürfte unbestritten sein, dass noch viel Arbeit erforderlich ist, um die Wissensdefizite zu klären. In diesem Sinne sind eine Anzahl von offenen Fragen diesem Beitrag angefügt. Die Ursachen für die Vorfälle müssen zwingend geklärt und verstanden werden.

Zum anderen wird der Frage nachgegangen werden müssen, ob die Aufsicht die Bedeutung der Brennelementschäden im KKL überhaupt rechtzeitig erkannt hat oder erkennen wollte. Anders gesagt: Stellt sich die Frage, ob die Fachleute des ENSI die „Dryout“-Problematik vor 2016 überhaupt erwogen haben oder sie überhaupt benennen wollten. Im Nachgang erkannten sie jedenfalls, dass „über mehrere Betriebszyklen systematisch kritische Siedezustände“ vorlagen.[33] Und das KKL schrieb plötzlich ebenfalls über lokale Dryouts. Darum stellt sich auch die Frage: Haben – angesichts der Kaskade der geplanten und vorgenommenen Leistungserhöhungen (Figur 1) – die negativen Konsequenzen bewusst nicht genannt?

In Aufsichtsberichten des ENSI konnten keine schriftlichen Hinweise dafür gefunden werden, dass die Vorfälle zum Zeitpunkt der Vorkommnisse umfassend richtig interpretiert wurden. Somit muss heute davon ausgegangen werden, dass die Aufsicht die Bedeutung der Vorfälle nicht oder zumindest nicht vollständig erkannte oder diese bewusst nicht benannte. Gestützt wird diese Interpretation auch aufgrund der Bewertung des Vorkommnisses, das über Jahre in den Aufsichtsberichten des ENSI mit Stufe „Null“ gemäss Internationaler Bewertungsskala für nukleare Ereignisse (INES) klassifiziert und seit 2016 auf INES-Stufe 1 angehoben wurde. Warum? Damit wird das ENSI nicht nur erklären müssen, warum ein solches Vorkommnis strenger beurteilt wird, sondern auch zur viel unangenehmeren Frage Stellung beziehen müssen, ob es die Tragweite der Vorkommnisse in der Vergangenheit überhaupt verstanden hat oder verstehen wollte. Und das KKL wird ebenfalls Rechenschaft darüber ablegen müssen, warum es nun plötzlich von Dryouts spricht – und nicht nur in 598 Zeichen (exklusiv Leerzeichen), wie in der Medienmitteilung vom 17. Februar 2017.

Offene Fragen

Die zusammengestellten offenen Fragen sollten beantwortet und geklärt werden müssen, um eine Wiederinbetriebnahme des KKL zu begründen.

Bisherige Analyse der Schadenfälle und Erkennung der Dry-Out-Phänomene:

• Was hat das ENSI, was hat KKL in den letzten 12 Monaten intern und extern zur Klärung der Ursachen der Kühlungsprobleme unternommen?
• Wann hat das ENSI TÜV Süd, Paul-Scherrer-Institut und den Schwedischen Consultant (Sten Lundberg Consulting, Eckenthal, BRD, siehe Figur 1) zugezogen? Warum hat es daRAUF verzichtet, die eigenen externen internationalen Experten und die KNS für diese Aufgabe beizuziehen? Die angegebene Begründung des ENSI wird als nicht belastbar angesehen.

Schadensbild und –analyse:

• Welche Fragen konnten in der Analyse des Schadensbildes noch nicht abgeklärt werden und warum?
• Welche Hypothesen und Erklärungen für das Schadensbild lassen sich mit Fakten belegen?
• Wieso durfte der Reaktor jeweils wieder in Betrieb gehen, wenn laut ENSI 12/2016 „über mehrere Betriebszyklen systematisch kritische Siedezustände“ entstanden und bekannt waren? Und warum wurden diese nicht als Dryout-Phänomene bezeichnet?
• Weshalb finden sich die entsprechenden Angaben nicht in den Aufsichtsberichten seit 2010?
• Ist bekannt, wie lange die „kritischen Siedezustände“ dauerten?
• Wie ist die Entwicklung der Erkenntnis bezüglich des „Dryout“-Phänomens zu erklären? Hat man Dryout-Probleme bewusst verschwiegen?

Hüllrohre

• Wann wurden erhöhte Oxidationen zuerst beobachtet und wie entwickelte sich das Oxydationsverhalten der Hüllrohre im Laufe der Zeit? Sind die Oxidationen in den 1990er Jahren bereits auf ähnliche oder die gleichen Phänomene zurückzuführen?
• Liegen Untersuchungen beziehungsweise Daten-Sythesen der Oxydation aus Hot-Labors vor?
• Welches sind die Befunde bezüglich der oxydierten Hüllrohre?
• Wo genau treten die Oxidationen mit Bezug auf die Geometrie der Brennstäbe auf? Wurden Schadenskarten erstellt und fortgeführt?
• Hat das ENSI Oxidationsversuche an Zircalloy-2 in Dampf veranlasst, um die Maximaltemperatur und die Glühdauer an den hoch oxidierten Stellen zu bestimmen?
• Bestehen Zusammenhänge zwischen Oxydation der Hüllrohre und Schäden durch Fretting?
• Gab es eine fachmännische metallographische Schadensanalyse mit Querschliffen beziehungsweise eine metallographische Synthese aller Befunde ähnlicher Ereignisse?
• Im bejahenden Fall: In welcher heissen Zelle und vom wem wurden diese gemacht (Hot Labor PSI? Andere??
• Hat man die Stellen der grössten Oxidation aller Brennstäbe untersucht?
• Wurden Modelle für die Beurteilung der Oxydationstiefen angewendet, und wenn ja, welche? Sind diese kalibriert aufgrund von Erfahrungswerten?

Brennstoff

• Wie hoch ist die Urananreicherung beim Brennstoff des KKL? Ist dieser höher als üblich, beziehungsweise hat sich diese verändert? Ist diese allenfalls auch korrelierbar mit der Leistungserhöhung?
• Gibt es Brennstäbe mit Anschmelzungen?
• Wurden je Verbiegungen der Brennstäbe (Anzeichen für einseitig starke Überhitzungen) beobachtet?
• Wie hoch waren die etwaigen Maximaltemperaturen im Zentrum der Pellets (Volumenerhöhungen, Deformationen) ?
• Hat der Beladungsmodus (5×1-jähriger bzw. 6×1-jähriger Zyklus der Brennelemente im KKL statt üblicherweise 3 Zyklen à 1.5 Jahren) etwas mit den Schäden zu tun?
• Zur Verhinderung von sogenanntem „Filmsieden“, d.h. dem Überhitzungsprozess der zu „Dryout führt, schreibt das ENSI in seiner Freigabe:[34] “Um Dryout zu vermeiden, gibt es in Siedewasserreaktoren einen sogenannten thermohydraulischen Grenzwert („critical power ratio“, CPR). Dieser ist in der technischen Auslegung berücksichtigt und wird laufend überwacht. Die Reaktoroperateure müssen darauf achten, dass sie diesen Grenzwert während des Betriebs des Reaktors dauernd einhalten.“ Der Frage wurde übrigens auch schon im Gutachten zur Leistungserhöhung 1996 Rechnung getragen.[35] Frage: Wurde der CPR im Zyklus 2015-2016 (in den vorangehenden Zyklen?) Vorschriftsgemäss überwacht? Welches waren die Resultate?[36]

Kühlung und Modellisierung

• Um Schäden an den Hüllrohren durch Fretting zu vermeiden, wurden an der Basis der Brennelemente Gitter eingebaut, welche Fremdkörper auffangen sollten: Können aufgrund dieser Einbauelemente die Strömungsverhältnisse des Kühlwassers massgebend verändert worden sein? Wie werden solche Strömungsmodelle erstellt und in die Modellierung der Brennelemente und des gesamten Reaktorkerns durch den Brennstofflieferanten eingebaut? Wie zuverlässig sind sie (unter Einbezug der Dryout-Erfahrung im KKL)?
• Welche experimentellen Rahmenbedingungen liegen den Modellen zugrunde?
• Wurde die Modellisierung des Kerns den neuen Fakten (Dryout) angepasst?
• Wurde das Modell im Nachgang an die Ereignisse experimentell getestet?

Literaturrecherche und -auswertung, Einsichtnahme

• Hat das ENSI eine gründliche Literaturauswertung gemacht bzw. veranlasst, um die für die Oxidationen erforderlichen Parameter (Temperatur und Zeit) zu ermitteln?
• Sind alle Befunde einsehbar?

Massnahmen

• Wie sind die durch das ENSI geforderten Betriebsmassnahmen begründet, um „Dryout“-Phänomene künftig auszuschliessen?
• Wie werden diese am laufenden Reaktor geprüft?
• Welche Massnahmen werden ergriffen, falls erneut Oxydationsschäden an Brennelementen auftreten?

[1] Rundschau-Beitrag zum KKL Leibstadt, siehe https://www.srf.ch/play/tv/rundschau/video/black-box-leibstadt?id=ebf34a5d-05f5-409f-9273-c98205ff0d5b

[2] https://www.euronuclear.org/e-news/e-news-19/icapp.htm

[3] ENSI (2017): „Ein Hüllrohrschaden stellt keine Gefahr für Mensch und Umwelt dar“, https://www.ensi.ch/de/2017/02/16/ein-huellrohrschaden-stellt-keine-gefahr-fuer-mensch-und-umwelt-dar/

[4] Becker, K.M., et al. (1990): Analysis of the Dryout-incident in the Oskarshamn 2 boiling water reactor, International Journal of Multiphase Flow, Volume 16, Issue 6, November-December 1990, pages 959-974, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/030193229090101N; Zu Dryout-Phänomenen in anderen Reaktor-Typen, siehe etwa Information zu Candu-Reaktoren in https://www.thermopedia.com/de/content/4547/; McGrath, M.A. et al (o.J.): Investigation oft he Impacts of In-Reactor Short-Term Dryouts Incidents on Fresh and Pre-Irradiated Fuel Cladding, OECD Halden Reactor Projects, Norway, https://www.nrc.gov/docs/ML0230/ML023050061.pdf; Dryout-Phänomene bei Flüssigmetall-Brütern siehe https://www.ans.org/pubs/journals/nse/a_17719; etc.

[5] ENSI (2017): ENSI erteilt Kraftwerk Leibstadt Freigabe zum Wiederanfahren unter Auflagen, https://www.ensi.ch/de/2017/02/16/ensi-erteilt-kernkraftwerk-leibstadt-freigabe-zum-wiederanfahren-unter-auflagen/

[6] https://www.kkl.ch/unternehmen/kkl/chronik.html

[7] siehe beispielsweise https://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk_Leibstadt ; vollständige Liste: Aufsichtsberichte des ENSI auf www.ensi.ch).

[8] 1997: Presserohstoff zu Brennelementschäden im KKW Leibstadt

https://www.admin.ch/cp/d/33C65202.2171@gsesi.gseved.admin.ch.html

[9] HSK (2001): Erhöhte lokale Korrosion von SVEA-96-Brennelementen Abschlussbericht , HSK 12/744, 21. November 2001, S. 2, https://static.ensi.ch/1314203180/korrosion_svea-96-b.pdf

[10] HSK (2001): Erhöhte lokale Korrosion von SVEA-96-Brennelementen Abschlussbericht , HSK 12/744, 21. November 2001, https://static.ensi.ch/1314203180/korrosion_svea-96-b.pdf

[11] HSK (2001): Erhöhte lokale Korrosion von SVEA-96-Brennelementen Abschlussbericht , HSK 12/744, 21. November 2001, S. 2, https://static.ensi.ch/1314203180/korrosion_svea-96-b.pdf

[12] HSK (1998): Stellungnahme zur erhöhten lokalen Korrosion an SVEA96-Brennelementen im Kernkraftwerk Leibstadt (KKL), Würenlingen Mai 1998 , S. 5, https://static.ensi.ch/1314203966/stellungnahme_elk_kkl.pdf

[13] HSK (1998): Stellungnahme zur erhöhten lokalen Korrosion an SVEA96-Brennelementen im Kernkraftwerk Leibstadt (KKL), Würenlingen Mai 1998 , S. 6, https://static.ensi.ch/1314203966/stellungnahme_elk_kkl.pdf

[14] HSK (1998): Stellungnahme zur erhöhten lokalen Korrosion an SVEA96-Brennelementen im Kernkraftwerk Leibstadt (KKL), Würenlingen Mai 1998 , S. 6, https://static.ensi.ch/1314203966/stellungnahme_elk_kkl.pdf

[15] HSK (2001): Erhöhte lokale Korrosion von SVEA-96-Brennelementen Abschlussbericht , HSK 12/744, 21. November 2001, S. 8, https://static.ensi.ch/1314203180/korrosion_svea-96-b.pdf

[16] HSK (1998): Stellungnahme zur erhöhten lokalen Korrosion an SVEA96-Brennelementen im Kernkraftwerk Leibstadt (KKL), Würenlingen Mai 1998 https://static.ensi.ch/1314203966/stellungnahme_elk_kkl.pdf

HSK (2001): Erhöhte lokale Korrosion von SVEA-96-Brennelementen Abschlussbericht , HSK 12/744, 21. November 2001, https://static.ensi.ch/1314203180/korrosion_svea-96-b.pdf

[17] https://www.kkl.ch/unternehmen/kkl/chronik.html

[18] Blick vom 8.7.2014

[19] ENSI (2014): Strafanzeige wegen Beschädigung von Containments in Beznau und Leibstadt, https://www.ensi.ch/de/2014/11/06/strafanzeige-wegen-beschaedigung-von-containments-in-beznau-und-leibstadt/

siehe auch https://www.ee-news.ch/de/article/29893/bohrloecher-im-akw-leibstadt-ensi-will-sich-aus-der-verantwortung-stehlen&page=

[20] https://www.kkl.ch/unternehmen/kkl/chronik.html

[21] Siehe Jahresberichte Ensi.

[22] ENSI (2012): Aufsichtsbericht 2012, S. 64, https://static.ensi.ch/1371652379/ensi_aufsichtsbericht_2012.pdf

[23] ENSI (2012): Aufsichtsbericht 2012, S. 65, https://static.ensi.ch/1371652379/ensi_aufsichtsbericht_2012.pdf

[24] Suchbegriff auf dem ENSI Internet-Site : « Filmsieden »

[25] ENSI (2015): Aufsichtsbericht 2015, S. 69, siehe https://www.ensi.ch/de/wp-content/uploads/sites/2/2016/06/ENSI_aufsichtsbericht_2015_web-1.pdf

[26] ENSI (2017): „Ein Hüllrohrschaden stellt keine Gefahr für Mensch und Umwelt dar“, https://www.ensi.ch/de/2017/02/16/ein-huellrohrschaden-stellt-keine-gefahr-fuer-mensch-und-umwelt-dar/

[27] ENSI (2012): Aufsichtsbericht 2012, https://static.ensi.ch/1371652379/ensi_aufsichtsbericht_2012.pdf

[28] ENSI (2012): Aufsichtsbericht 2012, S. 63, 64,

[29] ENSI (2012): Aufsichtsbericht 2012, S. 65,

[30] ENSI (2012): Aufsichtsbericht 2012, S. 65, 66

[31] https://www.ensi.ch/de/2016/12/19/befunde-an-brennelementen-im-kkw-leibstadt-ensi-stuft-vorkommnis-mit-ines-1-ein-und-prueft-eingereichte-massnahmen/

[32] KKL (2017): Das Kernkraftwerk Leibstadt hat die Stromproduktion wieder aufgenommen, aktuelle Medienmitteilung vom 17. Februar 2017, https://www.kkl.ch/unternehmen/medien/medienmitteilungen/aktuelle-medienmitteilungen/aktuelle-medienmitteilung-1.html

[33] ENSI (2016): Befunde an Brennelementen im KKW Leibstadt: ENSI stuft Vorkommnis mit INES 1 ein und prüft eingereichte Massnahmen, 19. Dezember 2016, https://www.ensi.ch/de/2016/12/19/befunde-an-brennelementen-im-kkw-leibstadt-ensi-stuft-vorkommnis-mit-ines-1-ein-und-prueft-eingereichte-massnahmen/

[34] https://www.ensi.ch/de/2016/12/19/dryout-vermeidung-von-unzureichend-gekuhlten-brennstaben/

[35] HSK 12/420, KSA 12/210 : Gutachten zum Gesuch des Kernkraftwerks Leibstadt um Leistungserhöhung auf 3600 MWth

[36] Siehe hierzu auch den KSA-Bericht KSA-AN-2300, ZC-06/001 : Kernbrennstoff: Gesamtheitliche Betrachtung der neueren Entwicklung.